Ультрафиолетовое излучение в диапазоне UV-C (длина волны от 100 до 280 нанометров) обладает уникальным свойством: оно сильно рассеивается в атмосфере. Казалось бы, это недостаток, однако именно благодаря рассеянию такой свет может огибать препятствия, что делает его идеальным для так называемой связи без прямой видимости. Представьте себе дроны или роботов, которые могут обмениваться информацией в городских условиях, где здания постоянно блокируют прямой путь сигнала. До сих пор развитие подобных технологий сдерживалось отсутствием надежных компонентов для работы с UV-C излучением.
Новая платформа, разработанная специалистами Ноттингемского университета и Имперского колледжа Лондона, решает эту проблему комплексно. Лазерный источник генерирует импульсы длительностью в фемтосекунды — это меньше триллионной доли секунды. Для их создания используется каскадная генерация второй гармоники в нелинейных кристаллах, что обеспечивает высокую эффективность преобразования. Детектирование таких сверхкоротких вспышек происходит при комнатной температуре благодаря сенсорам на основе двумерных полупроводников — селенида галлия толщиной всего в несколько атомов.
«Эта работа впервые объединяет генерацию фемтосекундных UV-C лазерных импульсов с их быстрым детектированием двумерными полупроводниками. Новые сенсоры неожиданно продемонстрировали линейный и сверхлинейный фототоковый отклик на энергию импульса — это крайне желательное свойство, которое закладывает основу для UV-C фотоники, работающей на фемтосекундных масштабах времени», — отмечает руководитель работы, профессор Амалия Патане.
Для демонстрации возможностей системы ученые собрали экспериментальную линию связи: информация кодировалась в лазерные импульсы на передающей стороне и успешно декодировалась двумерным полупроводниковым приемником. Важно, что все использованные материалы полностью совместимы с промышленными технологиями производства.
Потенциальные возможности для применения таких систем выходят далеко за рамки связи. Интеграция источников и детекторов UV-C излучения в единые фотонные чипы может найти применение в сверхбыстрой спектроскопии, широкополосной визуализации и микроскопии сверхвысокого разрешения.
Ранее ученые доказали, что «невозможная» квантовая связь между Землей и космосом осуществима.